在大腦中，存在著(zhù)我們看不見(jiàn)的腦電活動(dòng)。這些腦波是由在大腦周?chē)罅看嬖谏窠?jīng)細胞的協(xié)調發(fā)射而產(chǎn)生的，他們可以從大腦的前部傳到后部，從大腦深處傳到頭皮。

這種腦電活動(dòng)被稱(chēng)為神經(jīng)元振蕩。有意思的是，科學(xué)家發(fā)現這些信號的出現會(huì )伴隨著(zhù)著(zhù)特定的心理狀態(tài)。當我們進(jìn)入深度睡眠或麻醉狀態(tài)時(shí)，腦中游蕩著(zhù)的是最緩慢的Delta波；稍快于它的是在做夢(mèng)時(shí)或者處理簡(jiǎn)單日常問(wèn)題時(shí)的Theta波；冥想的僧人腦中穿過(guò)的就是安靜的Alpha波，這是第一個(gè)被發(fā)現的神經(jīng)元振蕩；激烈交談時(shí)腦中的電波起伏是更快一點(diǎn)的Beta波；最快速的Gamma波則出現在敏銳的思考過(guò)程中。

○不同類(lèi)型的腦波。

我們不禁好奇，這些波是否有特別的用途？如果有，那用途為何？這一直是研究人員爭論不休的課題。

有些科學(xué)家認為它們并沒(méi)有什么用，是單個(gè)神經(jīng)細胞在發(fā)送信息時(shí)產(chǎn)生的不可避免的副產(chǎn)物，重要的是信號本身而不是腦波。他們相信腦波只是集體神經(jīng)行為的結果，僅此而已。但越來(lái)越多的證據表明情況應該正好相反：腦波才是大腦運作的關(guān)鍵，在需要協(xié)作的“相隔遙遠的”大腦區域之間傳送信息。

麻省理工學(xué)院的神經(jīng)系統科學(xué)家EarlMiller就認為腦波是大腦運作的重要組成部分。為此，他開(kāi)展了多項研究搜集證據以支持自己的觀(guān)點(diǎn)。最近，他的一些研究表明，大腦振蕩能用一種讓大腦能選擇要關(guān)注或忽略哪些信號的方式，從而巧妙的運送信息。

這個(gè)觀(guān)點(diǎn)得到了其它研究的支持。例如在一項研究中，科學(xué)家在被植入了電極的人腦中發(fā)現，腦波及腦波間的相互作用有助于激發(fā)人類(lèi)的情感、語(yǔ)言、以及視覺(jué)等功能。

也有研究表明，當腦波異常時(shí)，智力也會(huì )受到損害。例如，對大腦如何使用腦波的詳細研究，能提高通過(guò)微弱電擊以調節大腦內信號的可能性。這種腦波干預措施可以作為治療記憶問(wèn)題和精神疾病的一種方法，一些早期嘗試已證明這可以提高人們的記憶力。

對腦波的相關(guān)見(jiàn)解的產(chǎn)生也得益于神經(jīng)科學(xué)將目光轉向對單個(gè)神經(jīng)細胞（或神經(jīng)元）行為的研究。這就好比將大腦想象成一個(gè)巨大的時(shí)鐘，如果能清楚每個(gè)齒輪的運作，就能弄懂個(gè)大腦。但與此同時(shí)，這并非僅僅與這個(gè)巨大時(shí)鐘里的單個(gè)神經(jīng)元有關(guān)，而是它的網(wǎng)絡(luò )以一種非常動(dòng)態(tài)、流暢的方式進(jìn)行交互。

Miller等人認為，這些相互作用的中心是協(xié)調一致的腦波。Miller說(shuō)：“振蕩是大腦中最強大的信號，進(jìn)化怎可能不利用這點(diǎn)優(yōu)勢呢？”

在Miller等人最新的三篇論文中，認為當Beta波和Gamma波這兩種不同類(lèi)型的腦波共同合作時(shí)，會(huì )對進(jìn)入工作記憶的信息進(jìn)行篩選。頻率為30到80赫茲的Gamma波有助于協(xié)調來(lái)自我們感官的信息流——例如我們感受到的、看到的、和聞到的。相反，頻率在12到30赫茲之間的Beta波是那些通過(guò)引導大腦向值得關(guān)注的感覺(jué)信號來(lái)幫助我們保持在任務(wù)上的信息。

這兩種類(lèi)型的大腦振蕩都會(huì )參與一場(chǎng)神經(jīng)的博弈對抗：當Beta波很強時(shí)，Gamma波就會(huì )變弱，反之亦然。Miller和他的同事在猴子大腦中植入電極，讓它們完成一項棘手的記憶任務(wù)，就是在同一時(shí)間內對幾條不同的信息進(jìn)行處理。在這項任務(wù)的進(jìn)行過(guò)程中，研究人員檢測到了這種此消彼長(cháng)的效應，并將結果發(fā)表于1月26日的《自然通訊》期刊上。

研究人員還發(fā)現，這兩種腦波產(chǎn)生于大腦的不同部位，為大腦如何自我集中提供了空間線(xiàn)索。在猴子的實(shí)驗中表明，由Gamma波組織的感官信息會(huì )掠過(guò)大腦的表層。但更慢、且更具有目標導向的Alpha和Beta的混合波出現在更深層的大腦中。這種混合腦波實(shí)際上可以降低沿著(zhù)大腦外部起伏的Gamma波的強度。在一篇發(fā)表于1月30日《美國國家科學(xué)院院刊》的論文提出，更深層的腦波會(huì )選擇要予以關(guān)注的感官信息。

第三篇相關(guān)論文發(fā)表在2月7日的《神經(jīng)元》期刊中，它展示了當猴子進(jìn)行在計算機屏幕上匹配圖案時(shí)，Gamma和Beta波之間會(huì )出現相似的相互作用。實(shí)驗中的部分圖案明顯不同，但仍然屬于同一類(lèi)別，這對于貓或狗等動(dòng)物來(lái)說(shuō)都是一項比較簡(jiǎn)單的任務(wù)；也有些圖案是更難分類(lèi)的，例如要識別出同屬于交通工具的火車(chē)和自行車(chē)，因此對它們的歸類(lèi)則需要更復雜的腦力工作。當猴子解開(kāi)一個(gè)簡(jiǎn)單的歸類(lèi)問(wèn)題時(shí)，Gamma波會(huì )占主導地位；但當需要進(jìn)行更高級別的分類(lèi)時(shí)，Beta波就開(kāi)始慢慢占上風(fēng)。

Miller推測，Gamma和Beta波之間的相互作用可能就是大腦在信息出現超載問(wèn)題時(shí)的解決方式。不斷傳入的感官信息會(huì )持續對大腦發(fā)起進(jìn)攻，其中大部分是無(wú)意義的內容。大腦需要一種能讓它知曉是否該忽略某些信息，但又抓住另一些信息的方式。這兩種節律可能提供了一種對你在思考的事情進(jìn)行意志控制的方式，讓人能有意識地選擇想要在意的信息。

在另一項對神經(jīng)振蕩的不同起伏的研究中，神經(jīng)系統科學(xué)家CharlesSchroeder發(fā)現，當神經(jīng)振蕩穿過(guò)大腦時(shí)，它們也可能影響到視覺(jué)信息。它很可能涉及到包括Theta波在內的許多不同類(lèi)型的腦波，而這發(fā)生在當你的眼睛落在某個(gè)場(chǎng)景時(shí)的那一瞬，通常會(huì )持續大約0.2秒的時(shí)間。

當我們觀(guān)察一個(gè)場(chǎng)景時(shí)，前半段的注視時(shí)間主要花在讓視覺(jué)信息流入大腦中；但在注視時(shí)間的后半段，信息會(huì )逆向流動(dòng)。攜帶著(zhù)來(lái)自大腦指揮中心信號的不同神經(jīng)元振蕩，已做好將眼睛引向下一個(gè)目標的準備。據Schroeder稱(chēng)：“在移動(dòng)眼睛之前的0.1秒內，大腦前部會(huì )出現這種令人難以置信的信號閃動(dòng)，然后眼睛就移開(kāi)了。這是一件多么戲劇性的事。”他們在猴子的大腦中發(fā)現了這個(gè)活動(dòng)，并且最近，他們在植入電極用于治療癲癇的人類(lèi)患者腦內也檢測到了這一現象。

但仍有一部分視覺(jué)研究員仍?xún)A向于認為這只是噪聲而無(wú)視這些振蕩，他們認為理解大腦的關(guān)鍵在于單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，而不是由這些活動(dòng)引起的集體波。Schroeder認為，目前要說(shuō)服人們相信大腦振蕩具有功能仍然很困難。

加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)科學(xué)家RobertKnight說(shuō)，對于腦波功能的爭論可能還會(huì )持續很多年。他認為，信息的核心在于被神經(jīng)元壓縮的信號。但從他的實(shí)驗室得到的研究結果讓他相信，振蕩可以幫助這些信號抵達正確的位置，以重要的方式讓大腦的各個(gè)區域相連。他說(shuō)：“必須存在某種能讓不同大腦區域進(jìn)行溝通的辦法。而振蕩所做的就是提供了一種傳遞機制。”而且振蕩可以很快速地完成這種機制。

Knight認為，人類(lèi)大腦的運轉速度非常快——我們可以在亞秒的量級上處理大量的信息，因此必須存在一些能塑造并控制這些信息的方法。而腦波就能通過(guò)暫時(shí)關(guān)閉一些不必要的交流線(xiàn)路，讓大腦對額外信息進(jìn)行調整。

Knight和同事最近就發(fā)現當人類(lèi)在進(jìn)行許多任務(wù)時(shí)會(huì )出現快速的Gamma波，比如重復一些話(huà)時(shí)、回答與自己相關(guān)的問(wèn)題時(shí)、以及區分男性和女性的面孔時(shí)。2017年12月，他們在《自然-人類(lèi)行為》期刊報道了某種特定的Gamma波模式似乎可以預測人們何時(shí)能在上述這些任務(wù)中得到正確答案。他們推測Gamma波將大腦中需要將目標轉化為行動(dòng)的領(lǐng)域聯(lián)系了起來(lái)。

如果振蕩是大腦中至關(guān)重要的信息向導，那么當信息失真或喪失時(shí)，對它們進(jìn)行改變或許就是有益的。在自閉癥、帕金森癥、抑郁癥和焦慮癥，甚至只是正常衰老等癥狀中，科學(xué)家都觀(guān)察到了被改變的振蕩。

一篇發(fā)表在2月6日的《自然通訊》期刊上的研究，暗示了調整這些節律的潛力。賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家YoussefEzzyat及其同事研究了25名在大腦植入了電極的癲癇患者的記憶能力。研究人員給了他們一些單詞列表，并開(kāi)始通過(guò)電極監測他們在記憶這些單詞時(shí)的神經(jīng)振蕩。他們使用一種計算機算法，來(lái)算出當某個(gè)單詞可能被記住時(shí)出現的腦波組合，對不同的人，這種組合也略有不同。

○實(shí)驗中，對大腦中某些點(diǎn)（紅點(diǎn)）的精確定時(shí)刺激，提高了他們記憶單詞列表的能力；刺激其他位置（藍色）導致更糟的記憶表現。|圖片來(lái)源：Y.EZZYATETAL/NATURECOMMUNICATIONS2018

當那些良好表現的信號喪失時(shí)，研究人員就會(huì )向大腦發(fā)送一個(gè)短的電流。而這種微量的激發(fā)可以提高他們的表現。

但Ezzyat也警告說(shuō)，我們離通過(guò)操縱腦波來(lái)治療大腦疾病還有很長(cháng)的路要走。但他們的研究正在不斷取得進(jìn)展，并且他與其他許多神經(jīng)系統科學(xué)家的研究結果都強有力的證明了——腦波不僅僅是一種無(wú)用的波動(dòng)。